Jako odnawialne źródło energii o szybkim czasie reakcji, energia wodna zazwyczaj pełni funkcję regulacji szczytowej i częstotliwości w sieci elektroenergetycznej, co oznacza, że elektrownie wodne często muszą pracować w warunkach odbiegających od warunków projektowych. Analiza dużej liczby danych testowych wskazuje, że gdy turbina pracuje w warunkach niezgodnych z założeniami projektowymi, zwłaszcza przy częściowym obciążeniu, w rurze ssącej turbiny występują silne pulsacje ciśnienia. Niska częstotliwość tych pulsacji ciśnienia negatywnie wpływa na stabilną pracę turbiny oraz bezpieczeństwo jednostki i warsztatu. Dlatego pulsacje ciśnienia w rurze ssącej budzą szerokie zainteresowanie w przemyśle i środowisku akademickim.
Od czasu, gdy problem pulsacji ciśnienia w rurze ssawnej turbiny został po raz pierwszy przedstawiony w 1940 roku, wielu naukowców rozważało i omawiało tę kwestię. Obecnie naukowcy uważają, że pulsacja ciśnienia w rurze ssawnej w warunkach częściowego obciążenia jest spowodowana spiralnym ruchem wirowym w rurze ssawnej; istnienie wiru powoduje nierównomierny rozkład ciśnienia na przekroju poprzecznym rury ssawnej, a wraz z obrotem pasa wirowego, asymetryczne pole ciśnienia również się obraca, powodując okresowe zmiany ciśnienia w czasie, tworząc pulsację ciśnienia. Wir śrubowy jest spowodowany wirowym przepływem na wlocie rury ssawnej w warunkach częściowego obciążenia (tj. występuje styczna składowa prędkości). Amerykańskie Biuro Rekultywacji przeprowadziło badanie eksperymentalne dotyczące wiru w rurze ssawnej i przeanalizowało kształt i zachowanie wiru przy różnych stopniach wirowania. Wyniki pokazują, że pasmo wirów spiralnych pojawi się w rurze ssawnej dopiero po osiągnięciu określonego poziomu. Wir śrubowy pojawia się w warunkach częściowego obciążenia, więc tylko wtedy, gdy względne natężenie przepływu (Q/Qd, gdzie Qd jest obliczeniowym natężeniem przepływu) pracy turbiny mieści się w zakresie od 0,5 do 0,85, w rurze ssącej wystąpią silne pulsacje ciśnienia. Częstotliwość głównej składowej pulsacji ciśnienia indukowanej przez pas wirowy jest stosunkowo niska i odpowiada 0,2 do 0,4 częstotliwości obrotowej wirnika, a im mniejsze Q/Qd, tym wyższa częstotliwość pulsacji ciśnienia. Ponadto, gdy występuje kawitacja, pęcherzyki powietrza generowane w wirze zwiększają jego rozmiar i powodują intensywniejsze pulsacje ciśnienia, a częstotliwość pulsacji ciśnienia również ulega zmianie.
W warunkach częściowego obciążenia pulsacja ciśnienia w rurze ssącej może stanowić poważne zagrożenie dla stabilnej i bezpiecznej pracy hydroelektrowni. Aby stłumić tę pulsację ciśnienia, zaproponowano wiele pomysłów i metod, takich jak montaż żeber na ścianie rury ssącej i odpowietrzanie do rury ssącej – dwa skuteczne środki. Nishi i in. zastosowali metody eksperymentalne i numeryczne do zbadania wpływu żeber na pulsację ciśnienia w rurze ssącej, w tym wpływu różnych typów żeber, ich liczby i pozycji montażu. Wyniki pokazują, że montaż żeber może znacząco zmniejszyć mimośrodowość wiru i pulsację ciśnienia. Dmitry i in. stwierdzili również, że montaż żeber może zmniejszyć amplitudę pulsacji ciśnienia o 30% do 40%. Wentylacja z centralnego otworu wału głównego do rury ssącej jest również skuteczną metodą tłumienia pulsacji ciśnienia. Stopień mimośrodowości wiru. Ponadto Nishi i in. próbowali wentylować rurę ssącą przez małe otwory na powierzchni płetwy i odkryli, że metoda ta pozwala na tłumienie pulsacji ciśnienia, a ilość potrzebnego powietrza jest bardzo mała, gdy płetwa nie może działać.
Czas publikacji: 09.08.2022
